東海西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組沉積體系平面分區(qū)特征及差異性展布

陳忠云，杜學(xué)斌，李 帥

1.中海石油(中國(guó))有限公司 上海分公司，上海 200335；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)海洋學(xué)院，武漢 430074

平湖斜坡帶是東海陸架盆地西湖凹陷石油地質(zhì)研究重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)帶之一，目前經(jīng)歷了多輪多次的研究，為斜坡帶油氣勘探突破提供了強(qiáng)有力的支持。然而，雖然前人針對(duì)西湖凹陷平湖組沉積體系及環(huán)境開展了大量的研究，但仍然存在很大爭(zhēng)議。目前主要有以下幾種觀點(diǎn)：(1)平湖組以海灣環(huán)境和潮坪—沼澤環(huán)境為主[1-4]；(2)受潮汐影響的辮狀河三角洲[5]；(3)不是受潮汐影響的潮汐三角洲體系，而是淺水環(huán)境下辮狀河三角洲沉積[6]。本次研究在充分吸收和借鑒前人成果的基礎(chǔ)上，綜合利用多口鉆井(含新增加的鉆孔)、巖心、測(cè)井以及新處理的三維地震等資料，對(duì)平湖斜坡帶平湖組沉積體系重新開展了系統(tǒng)研究，識(shí)別出河控三角洲、潮汐改造三角洲和潮坪等3種主要的沉積體系類型，進(jìn)而提出沉積體系平面展布“三分模型”，以期為下一步有利區(qū)帶預(yù)測(cè)和有利儲(chǔ)集體尋找提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

圖1 東海西湖凹陷構(gòu)造簡(jiǎn)圖及研究井位示意

圖2 東海陸架盆地始新統(tǒng)平湖組層序—沉積綜合分析柱狀圖

2 主要沉積體系類型及特征

綜合利用西湖凹陷平湖斜坡帶鉆井巖性組合、電性特征、巖心沉積構(gòu)造等資料，對(duì)平湖斜坡帶平湖組沉積相類型展開系統(tǒng)識(shí)別和分析，共識(shí)別出河控三角洲、潮汐改造三角洲及潮坪體系3類主要沉積組合，進(jìn)一步識(shí)別出9種沉積亞相(表1)，厘清了每種沉積體系的沉積構(gòu)成及識(shí)別標(biāo)志。

2.1 河控三角洲體系沉積特征

河控三角洲相在垂向上主要發(fā)育在層序SQ1，平面上主要分布在潮汐作用影響較弱的平湖斜坡帶北部的來(lái)鶴亭區(qū)。

2.1.1 三角洲平原亞相

分流河道是三角洲平原的骨架部分，是河水搬運(yùn)沉積物的主要運(yùn)輸通道，是三角洲體系中粒度最粗的沉積單元。巖心觀察表明，巖性主要以含礫較高的中、粗砂巖為主，最大粒徑0.8 cm，呈向上變細(xì)的正粒序，底部沖刷明顯，可見沖刷面(圖3a-e)。

粒度正態(tài)概率曲線表現(xiàn)為兩段式，即跳躍次總體和懸浮次總體，兩者占據(jù)的百分比分別為40%左右，同時(shí)兩種組分的斜率分別為45°和15°，缺乏滾動(dòng)組分，說(shuō)明粒度分選性不太好(圖4a)；測(cè)井相以漏斗型及箱型組合為主，具有典型的河道特征(圖4b)。

2.1.2 三角洲前緣亞相

三角洲前緣亞相發(fā)育在平原亞相外側(cè)，微相包含水下分支河道、分支河道間、河口砂壩等(表1)。與平原河道相比，前緣分支河道粒度較細(xì)，常在中—細(xì)砂之間，見一些小型沖刷界面，發(fā)育一些暗色泥礫、小型撕裂構(gòu)造等；層理以交錯(cuò)層理為主，反映了相對(duì)較強(qiáng)的水動(dòng)力條件[19](圖3f-g)。分支河道間以黏土沉積為主，含有少量的粉砂、細(xì)砂，可見生物擾動(dòng)構(gòu)造(圖3h)，測(cè)井曲線總體特征為低幅平直或微齒狀(圖5)。河口壩整體粒度為中細(xì)砂巖，具有下細(xì)上粗的反韻律，反映砂體前積的特點(diǎn)。

表1 東海西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組沉積體系類型劃分

2.2 潮汐改造為主的三角洲體系沉積特征

研究區(qū)內(nèi)平湖組各個(gè)層序均發(fā)育潮汐改造的三角洲，其中以層序SQ2最為典型，平面主要發(fā)育在平湖斜坡帶中部的寶云亭地區(qū)。整體以細(xì)砂巖為主，顆粒相對(duì)較細(xì)，發(fā)育透鏡狀層理、小型波狀層理、雙向羽狀交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造(圖3i-j)，指示平湖組受潮汐水動(dòng)力影響作用明顯；含有植物碎屑化石和菱鐵礦結(jié)核，古水流方向具有多向性(圖5)。

圖3 東海西湖凹陷平湖組典型巖心照片

圖4 東海西湖凹陷平湖組典型粒度曲線特征、巖—電組合特征和古流向特征

圖5 東海西湖凹陷受潮汐作用影響的水下分流河道(a)、測(cè)井曲線及古水流變化(b)

2.2.1 潮汐改造三角洲平原亞相

潮汐改造三角洲平原沉積特征與河控三角洲平原有很多相似之處，以正旋回沉積過(guò)程為主，底部多為礫巖或泥質(zhì)礫巖，常見滯留沉積層；向上逐漸過(guò)渡為砂巖或細(xì)粒巖(泥巖)。

2.2.2 潮汐改造三角洲前緣亞相

受潮汐作用影響，三角洲前緣砂體易遭潮汐、波浪的改造作用，形成一系列改造后的河口砂壩、潮汐砂壩、砂脊、席狀砂等。尤其是砂壩會(huì)被改造成放射狀分布的線狀砂脊，垂向表現(xiàn)為向上變粗的反粒序。砂脊上部為砂質(zhì)沉積，脈狀層理發(fā)育；砂脊下部砂泥頻繁互層，生物擾動(dòng)較為明顯(圖3k-l)。

2.3 潮坪體系沉積特征

在地形平緩且潮流活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，常常發(fā)育潮坪沉積體系，根據(jù)潮水活動(dòng)的范圍可進(jìn)一步劃分出潮上帶、潮間帶和潮下帶。研究區(qū)平湖組潮坪沉積體系分布廣泛，其中垂向上以層序SQ3最為典型，而平面上主要發(fā)育在平湖斜坡帶南部的平南地區(qū)。

(1)潮上帶。以泥坪和沼澤沉積為主，主要的巖相類型為塊狀泥巖、水平層理泥質(zhì)粉砂巖等。巖心中常見植物碎片及黑色煤塊。

(2)潮間帶。潮間帶是潮坪體系的主體，由岸向海依次劃分出泥坪、混合坪以及砂坪。其中，高潮線以上為泥坪，為含水平層理和塊狀層理的細(xì)粒沉積泥巖相，反映了低能環(huán)境的沉積；低潮線以下為砂坪，以砂巖沉積為主，反映水動(dòng)力條件強(qiáng)、潮流能量高。泥坪與砂坪之間為混合坪沉積，沉積物粒度介于兩者之間，沉積構(gòu)造極為豐富，發(fā)育典型的波狀層理、透鏡狀層理、脈狀層理、羽狀交錯(cuò)層理。

(3)潮下帶。潮下帶主要由潮汐水道(潮道)、潮砂席、水下砂壩等微相組成，巖心上可見到多個(gè)由含泥礫為主的中砂巖到細(xì)砂巖正旋回組成的潮汐水道沉積，偶爾可見植物化石碎屑，發(fā)育板狀交錯(cuò)層理；旋回頂部細(xì)粒沉積物中可見雙黏土層砂巖相以及潮汐層理細(xì)粒巖相等(圖3m-o)；可見多向水流現(xiàn)象(圖4c-d)，反映較強(qiáng)的潮汐作用的存在。測(cè)井曲線上以正韻律為主，一般表現(xiàn)為頂?shù)淄蛔兊南湫位螨X化箱型。潮下帶下部主要發(fā)育暗色泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，沉積構(gòu)造以透鏡狀層理為主，其下伏為海灣相泥巖(圖3o)。

3 沉積體系平面分區(qū)差異分析

3.1 鋯石物源的分區(qū)性

為了說(shuō)明沉積物來(lái)源的差異性，本文利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)10個(gè)平湖組碎屑巖鋯石樣品開展了樣品間親緣性分析。主要手段是借助VERMEESCH(2013)提出的K-S效應(yīng)值來(lái)描述相似度，將樣品間親緣關(guān)系降至二維并用歐幾里得距離展示[20-21]。其中，用實(shí)線連接親緣關(guān)系最近的樣品，虛線表示親緣次之的樣品。

分析表明，平湖斜坡帶碎屑鋯石樣品經(jīng)過(guò)降維，被明顯的分為三群(圖6)。其一為左側(cè)的1井a(chǎn)樣品，表現(xiàn)出來(lái)自漁山東低隆起的平南地區(qū)(斜坡南區(qū))單物源特征；其二為右側(cè)的4個(gè)樣品(樣品i-l)，表現(xiàn)出來(lái)自海礁隆起的來(lái)鶴亭(斜坡北區(qū))物源特征；其三是中間交匯區(qū)，表現(xiàn)為海礁隆起和漁山東低隆起共同“供源”的寶云亭(斜坡中部)物源特征(圖6)。

圖6 東海西湖凹陷平湖斜坡帶碎屑鋯石年齡多維尺度分析

此外，選取了不同位置的三口單井的12個(gè)樣品，分別開展了鋯石形貌學(xué)統(tǒng)計(jì)分析(鋯石表面撞擊程度、鋯石磨圓程度)，結(jié)果如圖7所示。來(lái)鶴亭物源中巖漿鋯石數(shù)量大于變質(zhì)鋯石，鋯石磨圓較弱；寶云亭物源中巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石數(shù)量近于一致，鋯石磨圓弱—較強(qiáng)；平南物源中變質(zhì)鋯石偏多，鋯石磨圓程度較強(qiáng)。

圖7 東海西湖凹陷平湖斜坡帶不同來(lái)源碎屑鋯石形貌統(tǒng)計(jì)對(duì)比蜘蛛網(wǎng)圖

3.2 重礦物、黏土礦物、碎屑礦物組合的分區(qū)性

碎屑巖重礦物組合、黏土礦物、碎屑礦物組成和成分成熟度等指標(biāo)受風(fēng)化程度、搬運(yùn)距離、沉積過(guò)程、成巖作用等多種地質(zhì)過(guò)程影響，能夠在一定程度上反映源區(qū)特征[22-26]。對(duì)斜坡帶不同區(qū)的重點(diǎn)單井重礦物組合特征開展分析，來(lái)鶴亭區(qū)(斜坡北區(qū))以石榴子石為主，占比可到50%，其余組合為鋯石+磁鐵礦+白鈦礦；寶云亭區(qū)(斜坡中部)以赤褐鐵礦為主要重礦物，占比50%以上，其余組合為電氣石+鋯石+白鈦礦組合為主(圖8a)。與重礦物組合相似，不同區(qū)段內(nèi)黏土礦物類型與相對(duì)含量也存在明顯差別(圖8a)，來(lái)鶴亭區(qū)表現(xiàn)為較高的高嶺石含量，寶云亭區(qū)表現(xiàn)出較高的伊蒙混層含量，平南區(qū)則表現(xiàn)出較高的伊利石含量。對(duì)于碎屑礦物組成和成分成熟度來(lái)說(shuō)，平湖斜坡帶砂巖成熟度總體較高，石英含量在75%以上(圖8a)，說(shuō)明經(jīng)歷了較長(zhǎng)距離搬運(yùn)。比較而言，北段來(lái)鶴亭區(qū)成分成熟度最高，南段平南區(qū)成分成熟度次之，中段寶云亭區(qū)砂巖的成分成熟度最低。因此，重礦物組合、黏土礦物、礦物組成和成分成熟度都表明，斜坡帶發(fā)育3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的沉積體系分區(qū)。

圖8 東海西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組上段(SQ3)重礦物組合、黏土礦物(a)和砂巖碎屑礦物含量綜合分區(qū)(b)

3.3 粒度差異特征

通過(guò)粒度概率累積曲線可直觀地比較沉積物之間的差別和辨別沉積環(huán)境[27-28]，因此本文結(jié)合沉積構(gòu)造，使用粒度分析對(duì)沉積環(huán)境作進(jìn)一步分析。從粒度概率曲線分區(qū)圖(圖8b)可以看出，來(lái)鶴亭地區(qū)沉積物粒度曲線以跳躍和懸浮兩段式為主，同時(shí)兩種組分的百分含量接近、曲線斜率接近，說(shuō)明該地區(qū)沉積過(guò)程中的分選性并不好；寶云亭地區(qū)的粒度組分以跳躍組分為主，懸浮組分占比不大，同時(shí)滾動(dòng)組分開始出現(xiàn)，表明砂體受到海水的淘洗且能量較弱；平南區(qū)沉積物粒度概率曲線顯示以跳躍組分為主，且斜率較大，懸浮及滾動(dòng)組分占比很低，表明該地區(qū)潮汐改造作用劇烈。總體上，從北部至南部，粒度概率曲線指示砂體受到改造的能量逐漸加強(qiáng)，在南部地區(qū)作用劇烈。該粒度分布規(guī)律與沉積相展布規(guī)律有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.4 砂巖分布特征的分區(qū)性

砂巖平面分布圖也能夠反映沉積物源的分區(qū)特征。由圖9可以看到，砂巖在平面上具有明顯的分區(qū)性，從北往南，存在著3個(gè)砂巖厚度高值區(qū)，對(duì)應(yīng)著3個(gè)物源方向。

圖9 東海西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組(SQ3-HST)砂巖厚度分布

4 沉積體系分區(qū)模型建立

根據(jù)研究區(qū)平湖組巖心組合差異、重礦物組合差異、黏土礦物特征、碎屑礦物組分等特征，認(rèn)為平湖斜坡帶平湖組沉積體系具有明顯的分區(qū)性，自北向南分為3個(gè)沉積區(qū)：北部來(lái)鶴亭三角洲沉積區(qū)、中部寶云亭潮汐改造三角洲沉積區(qū)和南部平南潮坪沉積區(qū)，從而建立了平湖組沉積體系分區(qū)模型(圖10)。

圖10 東海西湖凹陷平湖斜坡帶平湖組沉積體系三分模型

北部來(lái)鶴亭地區(qū)發(fā)育河控為主的三角洲沉積體系。由于海礁隆起物源供給充足，使得三角洲砂體垂向厚度大、平面分布廣；以中粗砂巖為主，常見小型沖刷面、交錯(cuò)層理，測(cè)井曲線以漏斗(倒圣誕樹)形、箱形為主(圖8b)，粒度組合表現(xiàn)為下細(xì)上粗的倒粒序特征。

中部寶云亭地區(qū)發(fā)育受潮汐改造的三角洲沉積體系。由于砂體在一定程度上遭受了潮流影響，使得原有的三角洲砂體規(guī)模變小、朵體分散，同時(shí)在前緣帶外側(cè)發(fā)育一系列潮汐改造成因的灘壩砂體。

在平南地區(qū)，三角洲砂體規(guī)模小、延距短、孤立分布，整個(gè)地區(qū)實(shí)際上以潮坪體系為主。碎屑顆粒以粉細(xì)砂巖為主，分選好，磨圓好，測(cè)井曲線組合以鋸齒形和指形為主(圖8b)。

整體而言，平湖斜坡帶平湖組沉積物的這種分區(qū)特征，不僅是碎屑物質(zhì)“源—匯”體系空間差異性的反映，也是水動(dòng)力條件空間差異性的反映，實(shí)際上是河流水動(dòng)力與潮汐水動(dòng)力此消彼長(zhǎng)、相互博弈的結(jié)果展示。

5 結(jié)論

(1)西湖凹陷平湖斜坡帶發(fā)育有河控三角洲、受潮汐影響的三角洲及潮坪3種主要的沉積體系類型。河控三角洲以SQ3層序最為發(fā)育、含礫較高的中、粗砂巖為典型特征，呈向上變細(xì)的正粒序，底部沖刷明顯。潮汐改造三角洲相以SQ2層序最為典型，砂巖顆粒相對(duì)較細(xì)，單砂體厚度較薄，小型交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理發(fā)育。潮坪體系主要發(fā)育在受潮流作用影響明顯且地形平緩的河海交互作用地區(qū)，潮汐砂脊、潮砂丘、潮道易于識(shí)別。

(2)碎屑鋯石形貌學(xué)的多維度統(tǒng)計(jì)分析、重礦物、黏土礦物、碎屑礦物組合特征、粒度概率曲線和測(cè)井相分析以及砂巖厚度平面分布等特征均顯示，斜坡帶沉積體系在平面上具有明顯的分區(qū)特征。

(3)平湖斜坡帶平湖組沉積體系從北向南潮汐改造作用逐漸加強(qiáng)，影響著河控三角洲沉積體系逐漸變?yōu)槌逼撼练e體系，即北段來(lái)鶴亭區(qū)主要發(fā)育河控三角洲沉積體系，中段寶云亭區(qū)以潮汐改造三角洲體系為主，南段平南區(qū)以潮坪沉積體系為主。